Технология переработки композиций на основе эпоксидных смол

1) в качестве клеев для  изготовления деталей ячеистой  структуры в самолетостроении, в  производстве малярных кистей  и для отделочных покрытий  по бетону;

2) для склеивания отдельных  деталей и в качестве замазок при ремонте пластмассовых и металлических лодок, автомобилей и т. д.;

3) в качестве литьевых  составов для изготовления малых серий отливок и экспериментальных отливок, штампов, шаблонов и инструментов;

4) в качестве набивочных  и уплотнительных масс в строительстве зданий и шоссейных дорог, а также в тех случаях, когда требуется высокая химостойкость;

5) в качестве заливочных  и герметизирующих составов, а  также пропиточных смол и лаков  в электротехнической и электронной  промышленности;

6) в качестве слоистых  пластиков, применяемых для изготовления  корпусов самолетов и летательных  аппаратов, для намотанных изделий  и для зажимных приспособлений.

Покрытия, наносимые из растворов, используются в качестве защитных и отделочных: для отделки судов и кирпичной кладки, покрытий по стали, покрытий цистерн, самолетов, грунтовых покрытий в инструментальной и автомобильной промышленности, футеровки консервной тары и барабанов, отделки мебели и в качестве покрытий разборных трубчатых конструкций. Они применяются также в качестве красок для бетонных полов и для отделки гимнастических залов, лаков для полов и т. д.

Эпоксидные смолы находят применение также в качестве декоративных покрытий, в производстве печатных красок, для изготовления водоотталкивающих составов в текстильной промышленности, в зубопротезной и протезной промышленности, в хирургии, в нефтеперерабатывающей промышленности и для изготовления пенопластов.

Эпоксидные смолы используются в качестве добавок в производстве ряда других пластмасс, например виниловых и акриловых, натуральных и синтетических каучуков.

3.1. Эпоксидные компаунды

В зависимости от назначения эпоксидные компаунды можно разделить на три основные группы:

1) пропиточные;

2) заливочные (формовочные);

3) клеи.

Технические требования, предъявляемые к компаундам, обусловлены назначением последних. Пропиточные компаунды должны обладать следующими свойствами: малой начальной вязкостью, высокой пропитывающей способностью, малым водопоглащением, хорошей цементирующей способностью, хорошей нагревостойкостью и удовлетворительными электрическими свойствами в условиях повышенной влажности и температуры.

Заливочные компаунды должны обладать соответствующей вязкостью, обеспечивающей хорошее заполнение необходимых объемов; механической прочностью в полимеризованном состоянии, отвечающей возможным статическим и динамическим нагрузкам в условиях эксплуатации; малой водопоглащаемостью и влагопроницаемостью; высокой электрической прочностью; стабильностью электрических характеристик в рабочих условиях; нагревостойкость. и термостойкостью при циклическом изменении температур.

Требования к клеям ограничиваются высокой адгезией к тем или иным материалам, стойкостью клеевого шва в эксплуатационных условиях и скоростью отверждения.

Указанными техническими требованиями обусловлена и рецептура компаунда. Для быстрого отверждения при комнатной температуре можно применить гексаметилендиамин, полиэтиленполиамины и др. Для клеевого шва, работающего при повышенной температуре, можно применить малеиновый ангидрид, фталевый ангидрид, дициандиамид и другие отвердители, требующие нагрева для полимеризации.

3.1.1. Эпоксидные формовочные и заливочные коммпаунды

Эпоксидные  формовочные компаунды существуют в основном двух типов: собственно формовочные компаунды и вязко-текучие (компаунды для капсулирования и герметизации).

Собственно формовочные компаунды аналогичны другим термореактивным компаундам, таким как фенольные и диаллилфталатные. Эти эпоксидные компаунды применяются для изготовления объемных изделий, например футляров, в жилищном строительстве и т. д.

Вязко-текучие компаунды применяются главным образом для герметизации электронных и электротехнических деталей и узлов и поэтому должны сравниваться с эпоксидными заливочными смолами.

Эпоксидные формовочные компаунды обладают рядом преимуществ перед обычными термореактивными формовочными компаундами, среди них:

1. стабильность размеров отвержденного продукта;
2. хорошая совместимость с наполнителем;
3. хорошие электрические и механические свойства, которые для правильно подобранной композиции сохраняются до 150 оС;
4. высокая химостойкость;
5. хорошая текучесть, что требует меньшие давления при литье. Меньшие давления позволяют применять менее дорогие формы с тонкими стенками.
6. отверждение проходит без выделения летучих и с малой усадкой.

 

Однако у эпоксидных компаундов есть и недостатки:

1. Эпоксидные формовочные компаунды дороже, чем обычные термореактивные компаунды.
2. Очень хорошая адгезия эпоксидных компаундов вносит некоторые трудности при выемке изделий из формы.
3. Эти материалы при температурах, при которых производится формовка, мягки и выталкивающая шпилька может проткнуть отливку.
4. Для предотвращения появления излишнего грата вследствие текучести компаундов форма должна быть герметичной.
5. Так как текучесть компаундов весьма сильно зависит от температуры, то требуется строгий контроль температуры.

3.1.2. Эпоксидные смолы для инструмента и приспособлений

Использование эпоксидных композиций для инструментов дает ряд преимуществ:

1) быстроту и простоту  производства:

2) стабильность размеров;

3) отличные прочностные  характеристики, особенно у армированных  композиций;

4) небольшую массу;

5) низкую усадку при  отверждении, что дает точную  воспроизводимость размеров

3.1.2.1. Формы из эпоксидных смол для заливочных и формовочных компаундов

Эпоксидные инструменты с успехом применяются при изготовлении форм для литья пластмасс под вакуумом. Требования к композиции в этом случае более жесткие, чем при производстве моделей. Довольно плохая теплопроводность эпоксидов уменьшает теплоотвод и тем самым повышает качество отлитых изделий.

С другой стороны из-за плохой теплопроводности продолжительность литья увеличивается. Повысить теплопроводность можно введением в композицию металлических волокон что позволяет повысить рабочую температуру, но лучше использовать залитые в композицию медные трубки. по которым прокачивается хладагент.

Эпоксидные смолы могут применяться для изготовления форм для эпоксидных и других термореактивных заливочных компаундов. Это контейнеры, в которые наливается жидкая смола и в них отверждается. Затем контейнеры или снимаются, или остаются. Из эпоксидов изготавливались формы и для полиэтилена, но вследствие их малой теплопроводности была получена низкая скорость процесса.

3.1.2.2. Эпоксидные смолы для матриц

Эпоксидные матрицы могут быть изготовлены литьем, но чаще требуются матрицы, армированные стекловолокном. Процесс начинается с нанесения разделительного слоя и декоративного слоя. Перед укладкой слоев на углы и во впадины модели кладутся жгуты (стеклянные и хлопковые волокла, пропитанные смолой). Это предотвращает появление воздуха в этих точках во время процесса выклейки. Стеклоткань можно предварительно пропитывать жидкой смолой или укладывать стеклоткань сухую и каждый слой промазывать смолой

В некоторых случаях для получения более жестких систем с большим содержанием стекла матрица во время отверждения может вакуумироваться.

3.1.2.3. Системы из эпоксидных смол для штампования металла

Эпоксидные системы хотя и непригодны для режущих инструментов, но могут использоваться для штамповки металлических изделий в тех случаях, когда это позволяют прочностные характеристики эпоксида. Эпоксидные штампы могут быть отлиты или, чаще, для большей прочности, выклеены.

Эпоксидные штампы используются дли штамповки изделий из латуни и других сплавов на основе меди, маркой стали, нержавеющей стали, титана и т. д. Из алюминия, например, с помощью эпоксидных штампов изготавливались изделия с толщиной 0,5 мм. Для более жестких листов и в тех случаях, когда требуется получение сложней формы, необходимо укреплять штампы металлическими вставка , так как прочность на сжатие эпоксида может быть недостаточной в местах с высокими концентрациями напряжений.

Использование эпоксидно-металлических штампов дает хорошие результаты вследствие их высоких прочностных свойств и хорошей теплопроводности.

При создании эпоксидных композиций для штамповки металлов обычно не добиваются получения высокой жесткости конструкции. Гораздо важнее прочность на сжатие. Невысокая жесткость может быть компенсирована созданием надлежащего штамподержателя. В пуансонах, где важна ударная вязкость, наиболее ответственным фактором является поверхностная твердость. И для пуансона, и для матрицы в процессе штамповки требуется некоторая упругость; упругость создает плавность воздействия на штампуемый лист и помогает избежать возникновения складок на изделии. Упругость обычно создаётся облицовкой отлитого пуансона и облицовкой выклеенной матрицы.

3.1.3. Литье, заливка, капсулирование, герметизация

Можно выделить четыре метода применения эпоксидных композиций: блочная отливка, вакуумная заливка, заливка под давлением, окунание.

Блочная отливка. Она определяется как заливка на открытом воздухе при обычных условиях. Необходимо получить изделие без пустот и раковин, даже используя компаунды с небольшой вязкостью. Пузырьки образуются в компаунде, во время перемешивания, и особенно много их появляется во время заливки. Эти пузырьки могут быть полностью устранены применением нескольких приемов. Применяется тщательное перемешивание или катализаторы, позволяющие проводить отверждение при комнатной температуре, время жизни компаунда должно быть достаточно большим, чтобы можно было устранить пузырьки.

На практике нагревание почти также хорошо устраняет пузырьки, как и вакуумирование. Koгда пузырьки устранятся в достаточной степени, компаунд должен быть осторожно и медленно перелит в форму. Хорошие результаты дает нагревание самих форм. Затем залитое изделие должно быть немедленно нагрето до температуры, при которой происходит отверждение. Если эта температура выше комнатной, то будет наблюдаться быстрое уменьшение вязкости и оставшиеся  пузырьки легче устранятся.

 Вакуумная заливка. Вакуумная технология хороша практически для всех применений и по возможности проводится вместе с пропиткой под давлением. Определяя тот вакуум, который требуется в этом случае, надо руководствоваться задачами заполнения формы и давлением паров (парциальным давлением) компонентов эпоксидной композиции.

Некоторые реакционноспособные разбавители очень легко испаряются, и степень вакуума должна быть всегда такой, чтобы избежать улетучивания отвердителя. Следует предусмотреть ловушки для предотвращения попадания в атмосферу летучих продуктов. Они могут также загрязнять масло в насосе. Хорошо, когда низкий вакуум достаточен для того, чтобы компаунд натек в форму. Если же необходим высокий вакуум, то требуется особая осторожность в выборе эпоксидной композиции. Поэтому следует тщательно изучить вещества, входящие в композицию, прежде чем их применять. Если влажность слишком велика, то необходимо ее уменьшить сушкой или предварительным вакуумированнем. Там, где, конечно, возможно, хорошо производить заливку под вакуумом. Это устраняет пузырьки воздуха, находящиеся в компаунде и сушит компаунд.

Заливка методом окунания. Технология состоит из окунания в смолу изделий, которые требуется залить или капсулировать. Компаунд, используемый для этих целей, должен иметь большую вязкость, чтобы он не стекал с изделий, а отвердитель должен быть таков, чтобы он мог обеспечить компаунду большое время жизни.

Заливка больших изделий или изделий, имеющих сложную форму. Когда производится заливка больших объемов, за исключением литья сильнонаполненными композициями, то существует опасность образования трещин. Изменение температуры по объему и местная усадка создают очень высокие напряжения во время отверждения. Высокая энергия экзотермической реакции создает условия для большой летучести отвердителя и модификаторов, что в свою очередь является причиной образования пузырьков. Лучшими отвердителями для больших отливок являются ангидриды и эпоксидно-фенольные смеси, так как они обладают меньшей энергией реакции.

Для уменьшения критических параметров хорошо применять наполнители и пластификаторы. Во многих случаях наиболее рациональным решением является заливка по стадиям; по этому методу большие заливки формируются из отдельных слоев компаундов, причем каждый последующий слой накладывается после отверждения или по крайней мере после процесса гелеобразовання в предыдущем.

Заливка композициями с большим содержанием наполнителей. Для некоторых целей, возможно, использовать маловязкие композиции и работать с ними при повышенных температурах. В этом случае нужно вводить большое количество наполнителей. Иногда возможно готовить такие композиции без существенного увеличения вязкости. Эту технологию полезно применять для заливки или капсулирования изделий, требующих хорошей пропитки и высоконаполненной оболочки. Лучше, чем проведение этого процесса в две стадии, является метод, по которому изделие покрывается сухим наполнителем и затем все вместе пропитывается ненаполненной композицией. В этом случае вакуум при пропитке должен быть ниже 1 мм рт ст. 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Из всего выше сказанного можно сделать вывод, что композиции на основе эпоксидных смол обладают отличными свойствами, такими как:

высокая адгезия к металлам, полярным пластмассам, стеклу и керамике; высокие диэлектрические свойства; высокая механическая прочность; хорошая химостойкость, водостойкость, атмосферостойкость; радиопрозрачность; отсутствие летучих продуктов отверждения; малая усадка.

Вследствие чего находят широкое применение в промышленности. Они могут перерабатываться различными методами, а именно: литье, заливка, герметизация, формование. Используются, для изготовления слоистых пластиков, в качестве клеев, покрытий.

В связи с высокими диэлектрическими свойствами эпоксидные компаунды находят широкое применение в качестве пропиточных составов для высоковольтной изоляции, в качестве герметика для заливки плат, устройств и приборов.